CN101509766A - 机器视觉系统对弹簧端面角度的在线检测方法 - Google Patents

机器视觉系统对弹簧端面角度的在线检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明机器视觉系统对弹簧端面角度的在线检测方法，根据待检测弹簧产品的尺寸大小，调整拍摄相机的光圈大小、曝光时间；将弹簧端面角度设为检测参量，并根据用户要求设置所述检测参量的检测精度以及合格范围；由外部触发与控制信号启动所述相机实时拍摄在线运行弹簧端面的图像，并将拍摄的图像传输至计算机供检测；计算机通过图像算法处理，提取弹簧端面弧形的图像，对所述弹簧端面弧形的角度进行计算；通过计算出的角度值判断该产品是属于合格品、可再加工次品还是废品，通过外部触发与控制信号将三类产品从不同的出料口进行分拣。本发明对弹簧端面角度的检测精度高、速度快，可以有效保证产品的合格率。

Description

机器视觉系统对弹簧端面角度的在线检测方法
技术领域
本发明涉及利用机器视觉系统进行在线检测的技术领域，尤其涉及在弹簧生产现场，利用机器视觉系统对弹簧端面角度进行在线检测的方法。
背景技术
在一些场合，对弹簧的两个端面要磨出一定角度，才能符合装配要求，例如汽车发动机用弹簧。而且，在流水作业的弹簧生产车间现场，对弹簧的端面角度需要进行在线检测。现有技术中，对弹簧端面角度的在线检测依靠人工进行检测，在弹簧生产机旁设4～5人进行弹簧端面角度的目测和处理，将检测结果分为合格品(如端面角度为290°～330°)和不合格品，其中不合格品又分为大于合格精度(如>330°)和小于合格精度(如<290°)两种，大于合格精度的弹簧直接作为废品处理，而小于合格精度的弹簧作为需进行二次加工品，等待再次端面加工。
人工检测存在的缺点主要有：生产车间现场灰尘多、噪声大，工人检测工作环境恶劣；正常人眼在不间断观测运动物体30min左右，即会眼花、眼胀等不适，检测人员无法长时间不间断工作，无法保证产品出厂合格率；弹簧端面角度检测等带数量精度的检测，人眼很难准确判断，误差大，出错机会很多，无法保证检测质量；专业人员观测弹簧端面角度的速度最高为0.5个/s，对生产效率有极大限制。
发明的内容
针对现有技术对弹簧端面角度的在线检测依靠人工进行检测，工人容易产生视觉疲劳，劳动强度大，无法保证产品合格率以及检测质量，检测速度低等问题，本发明提供一种机器视觉系统对弹簧端面角度的在线检测方法，其能大大降低工人的检测劳动强度，检测精度高、速度快，可以有效保证出厂产品的合格率。
本发明的技术方案如下：
一种机器视觉系统对弹簧端面角度的在线检测方法，包括以下步骤：
(1)根据待检测弹簧产品的尺寸大小，调整拍摄相机的光圈大小、曝光时间，以便获取清晰的拍摄图像；
(2)将弹簧端面角度设为检测参量，并根据用户要求设置所述检测参量的检测精度以及合格范围；
(3)由外部触发与控制信号启动所述相机实时拍摄在线运行弹簧端面的图像，并将拍摄的图像传输至计算机供检测；
(4)计算机通过图像算法处理，提取弹簧端面弧形的图像；
(5)计算机对所述弹簧端面弧形的角度进行计算；
(6)通过计算出的角度值判断该产品是属于合格品、可再加工次品还是废品，通过外部触发与控制信号将三类产品从不同的出料口进行分拣。
其进一步的技术方案是：
对所述第(4)步，若经过图像算法处理发现不存在端面弧形图像，则转向以下步骤：
(7)认为该弹簧未进行端面加工，作为次品进行剔除，另外进行端面再加工处理。
以及，其进一步的技术方案是：
对所述第(6)步，具体按下述步骤进行端面角度的判断和分拣：
(8)判断端面弧度是否在合格范围290°～330°，如在合格范围则转向第(8A)步，若小于规定范围<290°则转向第(8B)步，若大于规定范围>330°则转向第(8C)步；
(8A)作为合格品进行分拣；
(8B)作为可再加工次品进行分拣；
(8C)直接作为废品剔除。
以及，其进一步的技术方案是：
对所述第(6)步，当检测到产品为可再加工次品或者废品时，计算机将通过人机界面进行图像提示，并启动报警装置。
本发明的有益技术效果是：
本发明采用机器视觉系统对弹簧端面角度进行在线检测，取代人工检测，用户可自动进行检测精度的调节。具有对产品检测合格品、可再加工次品、废品这三类产品的记录、分类、统计、存储、查询功能。并通过友好人机界面在图像中提示不合格品情况，并给予声、光报警提示，大大降低工人的检测劳动强度。
人工检测速度一般为0.5个/s，而机器视觉系统检测速度可达2个/s左右，机器视觉系统的产品检测速度是人工的4倍，极大提高了生产效率。
人工检测由于环境和生理的原因，无法24小时不间断进行产品质量检测，而采用机器视觉系统检测则使其成为可能。设备的生产时间可最大限度地延长，提高了设备的利用率。
人为检测由于环境噪声大、灰尘多、视觉易疲劳，很难连续跟踪产品质量。数值化检测靠人工很难保证，非正常次品率一般在10～15％左右，造成了生产资源和生产成本的极大浪费；机器视觉系统的检测弧度精度最高为0.5度，精度可每0.5度为一个梯度进行调整，设置为0.5、1、1.5、2、2.5度等几个精度等级，而人工检测达不到如此精度等级的监测要求，从而大大提高产品合格率以及检测质量。
附图说明
图1是合格品的弹簧端面图像。
图2是可再加工次品的弹簧端面图像。
图3是废品的弹簧端面图像。
图4是本发明的工艺步骤图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
在图1、2、3所示的图像中，白色部分为弹簧端面的弧度图形，斜线部分是弹簧从两端拍摄图像的弹簧中空部分，虚线是为了方便表示弹簧端面弧形的度数而作的辅助线。
实施例1，对合格产品的检测：
如图1所示的弹簧端面图像，其中白色区域为弹簧端面弧度图形。
将西安方诚1300UM型工业相机固定在弹簧检测圆盘的两端，相机距弹簧端面的距离为15cm，使用8mm COMPUTAR镜头，光圈调到最大值，曝光时间调为0.58ms。弧度检测精度设置为1°，设定合格品正常弧度为290°～330°。采用专用红色LED同轴光源，正上方照射，并使用半封闭遮挡金属框体，以便比较稳定地取得视觉图像，体现弹簧端面的明显特征。显示光源的电源为恒压恒流，为不具频变或高频变的稳定光源，以便能比较稳定地拍摄到清晰的图像，并显示于计算机的屏幕。采用高速弹簧进料振动料斗，保证弹簧按一定的方式和速度进入检测装置。
计算机根据不同生产厂商所生产设备的不同控制系统，取得相机与生产进程同步的触发与控制信号，启动所述工业相机拍摄在线运行的弹簧端面的图像，并将获取的弹簧端面图像，贮存于计算机中。
计算机对所拍摄的图像通过边缘提取、平滑去噪、二值化处理、傅利叶变换等算法进行图像处理，使图像更清晰，更符合弹簧的真实情况。上述图像处理过程中所采用的算法均为现有技术中的常规算法。
计算机对弹簧端面弧形的角度进行计算。该角度是所述端面弧形的外弧所在圆的圆心，与所述弧形的两个顶点连线所形成的夹角的度数，该角度值也表示所述弧形的弧度值。
如检测出的角度值为312°，则该产品为合格品。计算机对该类合格品进行记录、分类、统计入库。
实施例2，对可再加工次品的检测：
如图2所示的弹簧端面图像，其中白色区域为弹簧端面弧度图形。
将西安方诚1300UM型工业相机固定在弹簧检测圆盘的两端，相机距弹簧端面的距离为15cm，使用8mm COMPUTAR镜头，光圈调到2/3位置，曝光时间调为0.8ms，弧度检测精度设置为1°时，设定合格品弧度为290°～330°，在检测过程中获取弹簧端面图像，计算出弹簧端面图像中的端面弧度值。
检测实施例其余的操作步骤与实施例1相同。
如检测出的角度值为278°则该产品为可再加工次品。计算机通过友好人机界面在图像中提示不合格品情况，并给予声、光报警提示，对该类可再加工次品进行记录、分类、统计入库。
实施例3，对废品的检测：
如图3所示的弹簧端面图像，其中白色区域为弹簧端面弧度图形。
将西安方诚1300UM型工业相机固定在弹簧检测圆盘的两端，相机距弹簧端面的距离为15cm，使用8mm COMPUTAR镜头，光圈调到1/3位置，曝光时间调为1ms，弧度检测精度设置为1°时，设定合格品正常弧度为290°～330°，在检测过程中获取弹簧端面图像，计算出弹簧端面图像中的端面弧度值。
检测实施例其余的操作步骤与实施例1相同。
如检测出的角度值为339°，则该产品为废品。计算机通过友好人机界面在图像中提示不合格品情况，并给予声、光报警提示，对该类废品进行记录、分类、统计入库。
在上述3个实施例中，若经过图像算法处理发现不存在端面弧形图像，则认为该弹簧未进行端面加工，将该弹簧产品作为次品进行剔除，另外进行端面再加工处理。
以上所有实施例中使用的图像采集设备(相机、照射光源、电源、图像采集卡等)及存贮设备(硬盘、光盘、软盘等)、图像处理设备(图像处理器的硬件及软件)、图像显示设备(硬件及软件)、报警装置以及上述各部分的控制系统(硬件及软件)皆采用已有技术设计制作或直接采用相关市售产品。
以上所述的本发明的工艺步骤示于图4。
最后需要注意的是，以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种机器视觉系统对弹簧端面角度的在线检测方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)根据待检测弹簧产品的尺寸大小，调整拍摄相机的光圈大小、曝光时间，以便获取清晰的拍摄图像；
(2)将弹簧端面角度设为检测参量，并根据用户要求设置所述检测参量的检测精度以及合格范围；
(3)由外部触发与控制信号启动所述相机实时拍摄在线运行弹簧端面的图像，并将拍摄的图像传输至计算机供检测；
(4)计算机通过图像算法处理，提取弹簧端面弧形的图像；
(5)计算机对所述弹簧端面弧形的角度进行计算；
(6)通过计算出的角度值判断该产品是属于合格品、可再加工次品还是废品，通过外部触发与控制信号将三类产品从不同的出料口进行分拣。
2.根据权利要求1所述的机器视觉系统对弹簧端面角度的在线检测方法，其特征在于对所述第(4)步，若经过图像算法处理发现不存在端面弧形图像，则转向以下步骤：
(7)认为该弹簧未进行端面加工，作为次品进行剔除，另外进行端面再加工处理。
3.根据权利要求1所述的机器视觉系统对弹簧端面角度的在线检测方法，其特征在于对所述第(6)步，具体按下述步骤进行端面角度的判断和分拣：
(8)判断端面弧度是否在合格范围290°～330°，如在合格范围则转向第(8A)步，若小于合格范围<290°则转向第(8B)步，若大于合格范围>330°则转向第(8C)步；
(8A)作为合格品进行分拣；
(8B)作为可再加工次品进行分拣；
(8C)直接作为废品剔除。
4.根据权利要求1所述的机器视觉系统对弹簧端面角度的在线检测方法，其特征在于对所述第(6)步，当检测到产品为可再加工次品或者废品时，计算机将通过人机界面进行图像提示，并启动报警装置。
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